彭燕麗

（云南金誠(chéng)信礦業(yè)管理有限公司，云南昆明 650000）

1 引言

某多金屬礦床位于西藏拉薩市墨竹工卡縣境內(nèi)，為大型銅多金屬礦床之一，目前地下開(kāi)采范圍內(nèi)二、三標(biāo)段普遍分布有破碎氧化帶，該氧化帶中含Cu品位較高，約1%左右，并伴生Au、Ag 及Mo 等金屬，但破碎礦體氧化率高、節(jié)理裂隙發(fā)育，礦床賦存條件復(fù)雜，已經(jīng)出現(xiàn)片幫、冒頂、底臌等地壓災(zāi)害，如圖1所示。這些問(wèn)題嚴(yán)重威脅井下作業(yè)人員和設(shè)備的安全，甚至直接影響此區(qū)域礦體后續(xù)開(kāi)采計(jì)劃和增大礦石貧損指標(biāo)。

圖1 礦體破碎氧化帶現(xiàn)場(chǎng)照片

此外，依據(jù)國(guó)家相關(guān)政策規(guī)定及要求，并結(jié)合該礦山破碎氧化帶在開(kāi)采過(guò)程中易造成較大地壓災(zāi)害隱患的風(fēng)險(xiǎn)，急需開(kāi)展地壓監(jiān)測(cè)技術(shù)研究，掌握地壓活動(dòng)規(guī)律，降低破碎氧化帶開(kāi)采過(guò)程中帶來(lái)的地壓風(fēng)險(xiǎn)，減少地壓災(zāi)害造成的損失，最終實(shí)現(xiàn)礦山持續(xù)安全穩(wěn)定發(fā)展。

2 監(jiān)測(cè)技術(shù)的選擇

當(dāng)前地壓監(jiān)測(cè)方法復(fù)雜多樣，并不斷推陳出新，根據(jù)監(jiān)測(cè)目標(biāo)與原理可將其分為2 類(lèi)：巖石力學(xué)方法和地球物理方法[1]。巖石力學(xué)方法主要以監(jiān)測(cè)沖擊地壓發(fā)生前圍巖變形、離層、應(yīng)力變化、動(dòng)力現(xiàn)象等特征為主，屬于直觀接觸式監(jiān)測(cè)方法，主要包括鉆屑法、鉆孔應(yīng)力計(jì)法、支架載荷法、圍巖變形測(cè)量法等。地球物理方法主要根據(jù)巖體破壞時(shí)會(huì)釋放出彈性波、地音、電磁波等信號(hào)，通過(guò)捕捉這些信號(hào)來(lái)預(yù)警沖擊地壓，屬于非接觸式、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)方法。地球物理方法主要有：微震法、地音法、電磁輻射法等。目前常用的大尺度、區(qū)域性、非接觸地壓監(jiān)測(cè)技術(shù)為微震監(jiān)測(cè)，該技術(shù)能更大區(qū)域地監(jiān)測(cè)到巖體中正在發(fā)生的損傷和漸進(jìn)性破壞過(guò)程，對(duì)巖體的失穩(wěn)進(jìn)行預(yù)警[2]。

微震監(jiān)測(cè)技術(shù)是在聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它在原理上與聲發(fā)射監(jiān)測(cè)技術(shù)相同，是基于巖體受力破壞過(guò)程中破裂的聲、能原理[3]。微震是以監(jiān)測(cè)地下巖體和混凝土結(jié)構(gòu)破裂過(guò)程為對(duì)象，通過(guò)采集巖體破裂釋放的微震波信號(hào)，再通過(guò)對(duì)震源信號(hào)的處理分析來(lái)評(píng)價(jià)地下結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全狀況，微震監(jiān)測(cè)原理如圖2 所示。因此，本監(jiān)測(cè)方案使用微震監(jiān)測(cè)技術(shù)手段對(duì)該礦山破碎氧化帶區(qū)域的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)

圖2 微震監(jiān)測(cè)原理示意圖

3 地壓監(jiān)測(cè)技術(shù)方案研究

3.1 監(jiān)測(cè)設(shè)備介紹

本方案采用世界上最先進(jìn)、功能最強(qiáng)、市場(chǎng)占有率最高的IMS 微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。全球有200 多座大型礦山使用該系統(tǒng)，系統(tǒng)具備在線微震數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)處理、人機(jī)交互分析的數(shù)字化、智能化、可視化等功能。該系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)主要有：其定位誤差在震源與傳感器平均距離（AHD）的5%以?xún)?nèi)；可采取水泥灌漿和可拆卸裝置安裝方式；小直徑鉆孔安裝、兼容各種傳感器，可實(shí)現(xiàn)多參數(shù)綜合監(jiān)測(cè)；同時(shí)在空間和時(shí)間的監(jiān)測(cè)預(yù)警方面有突出優(yōu)勢(shì)，適合中長(zhǎng)期觀測(cè)。

IMS微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件組成主要包括傳感器、模擬濾波預(yù)處理接線盒、數(shù)據(jù)采集基站、時(shí)間同步適配器TDU、GPS 授時(shí)器、工作站等。其中傳感器布置采場(chǎng)周邊圍巖體內(nèi)，用于實(shí)時(shí)獲取微震等震動(dòng)波形數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集基站安置在采場(chǎng)附近的脈外巷道內(nèi)。微震數(shù)據(jù)采集基站內(nèi)含數(shù)據(jù)采集器NetADC、數(shù)據(jù)處理器NetSP 及備用電源iUPS、調(diào)制解調(diào)分站DSL_MODEM 等，時(shí)間通訊分站內(nèi)含調(diào)制解調(diào)總站DSLAM、交換機(jī)、光纖收發(fā)器等。數(shù)據(jù)采集基站中微震數(shù)據(jù)處理器（NetSP）與地面控制中心通過(guò)井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)多個(gè)數(shù)據(jù)采集基站與GPS 授時(shí)器的時(shí)間同步。監(jiān)控中心設(shè)在礦部監(jiān)控中心室內(nèi)，用于數(shù)據(jù)管理、分析、展示、監(jiān)控和發(fā)布等。

IMS 微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用直徑70mm 左右的微震傳感器，配有15m 的整倍數(shù)的電纜，采用電子補(bǔ)償增強(qiáng)的傳感器擴(kuò)展了傳感器的低頻響應(yīng)范圍，傳感器參數(shù)如表1所示。

表1 微震傳感器參數(shù)

3.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)

按照以下原則進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)：

（1）合理選擇、布置傳感器及傳感器臺(tái)網(wǎng)，形成對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的空間包絡(luò)；

（2）傳感器的選型及布設(shè)間距需充分考慮礦山地質(zhì)、巖性特征、通訊網(wǎng)絡(luò)等實(shí)際條件；

（3）利用臺(tái)網(wǎng)分析軟件優(yōu)化監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置，使監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)對(duì)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域的定位誤差較小，且對(duì)較小震級(jí)事件具有較高的靈敏度，最終得出最優(yōu)監(jiān)測(cè)方案；

微震監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置主要考慮傳感器靈敏度（80V/m/s），在巖體完整的理想情況下，傳感器可以監(jiān)測(cè)到200m以?xún)?nèi)震級(jí)在-2.0以上的巖體破裂事件。由于該礦山破碎氧化帶巖體較破碎，微震監(jiān)測(cè)點(diǎn)的臺(tái)網(wǎng)間距不宜大于100m，為保障監(jiān)測(cè)精度，對(duì)于該監(jiān)測(cè)區(qū)域，微震監(jiān)測(cè)點(diǎn)的臺(tái)網(wǎng)間距不宜太大，建議應(yīng)小于80m。

根據(jù)礦山目前生產(chǎn)實(shí)際情況、巖體巖性、傳感器的頻響范圍和靈敏度，在4420m 水平、4465m 水平破碎氧化帶區(qū)域布設(shè)一套40通道微震監(jiān)測(cè)的地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)破碎氧化帶區(qū)域開(kāi)采過(guò)程中巖體的穩(wěn)定性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，微震監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)如圖3、4所示。

圖3 4420m水平微震監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

圖4 4465m水平微震監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

4 臺(tái)網(wǎng)分析

按照微震監(jiān)測(cè)點(diǎn)的三維空間布置方案進(jìn)行該監(jiān)測(cè)方案監(jiān)測(cè)精度及靈敏度計(jì)算，采用IMS 專(zhuān)業(yè)臺(tái)網(wǎng)分析軟件，分析監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的定位誤差以及靈敏度，如圖5 所示，可知設(shè)計(jì)的微震監(jiān)測(cè)方案可以使破碎氧化帶監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的定位誤差控制在10m 左右，監(jiān)測(cè)靈敏度達(dá)到-2.5 矩震級(jí)，可以滿(mǎn)足礦山開(kāi)采過(guò)程中對(duì)破碎氧化帶的地壓監(jiān)測(cè)需求，降低破碎氧化帶開(kāi)采過(guò)程中帶來(lái)的地壓風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 微震監(jiān)測(cè)系統(tǒng)定位誤差及靈敏度分析

5 結(jié)論

針對(duì)位于西藏拉薩市墨竹工卡縣境內(nèi)的某多金屬礦山破碎氧化帶穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)需求，采用目前常用的大尺度、區(qū)域性、非接觸的IMS 微震監(jiān)測(cè)設(shè)備，建立地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。根據(jù)礦山目前生產(chǎn)實(shí)際情況、巖體巖性、傳感器的頻響范圍和靈敏度，設(shè)計(jì)了一套40通道微震監(jiān)測(cè)的地壓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該監(jiān)測(cè)方案微震事件定位精度為10m，靈敏度可達(dá)到-2.5 矩震級(jí)，后續(xù)可根據(jù)監(jiān)測(cè)微震事件時(shí)空分布，確定地壓災(zāi)害高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，為礦山地壓災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)建立提供數(shù)據(jù)支撐和理論基礎(chǔ)。